DE102005052356A1 - Lighting unit having luminescence diode and optical fiber, methods of making a lighting unit and LCD display - Google Patents

Lighting unit having luminescence diode and optical fiber, methods of making a lighting unit and LCD display

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Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinheit mit einem auf einem Chipträger montierten Lumineszenzdiodenchip und einem Lichtleiter angegeben. There is provided a lighting unit with a mounted on a chip carrier LED chip and a light guide. Der Lichtleiter ist aus mindestens zwei separaten Teilen zusammengefügt, wobei der Lumineszenzdiodenchip von einem der Teile des Lichtleiters umkapselt ist. The light guide is joined together from at least two separate parts, wherein the LED chip of one of the parts of the optical waveguide is encapsulated. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lumineszenzdiodenchips sowie ein LCD-Display mit einer derartigen Beleuchtungseinheit angegeben. It is further specified with an illumination unit, a method for manufacturing such a luminescence diode chip and an LCD display.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit mit einem Lumineszenzdiodenchip und einem Lichtleiter. The invention relates to a lighting unit with a LED chip and a light guide. Weiterhin betrifft sie ein LCD-Display mit einer derartigen Beleuchtungseinheit sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Beleuchtungseinheit. It further relates to an LCD display with an illumination unit and a method for manufacturing such a lighting unit.
  • Beleuchtungseinheiten für LCD-Displays mit Lumineszenzdiodenchips weisen in der Regel eine Mehrzahl vorgefertigter Lumineszenzdiodenchip-Bauelemente auf, innerhalb denen ein Lumineszenzdiodenchip jeweils von Gehäusematerial umschlossen ist. Lighting units for LCD displays with LED chips generally have a plurality of ready-made LED chip components, in which an LED chip is always surrounded by housing material. Der Lichtleiter ist als separates Teil vorhanden. The light guide is present as a separate part. Er ist derart relativ zum Lumineszenzdioden-Bauelement positioniert, das ein aus dem Bauelement ausgekoppeltes Licht auf eine Einkoppelfläche des Lichtleiters trifft. He is positioned relative to the light-emitting diode device that arrives decoupled from the component light on a coupling surface of the light guide.
  • Eine präzise Ausrichtung des Lichtleiters relativ zum Lumineszenzdiodenchip des Lumineszenzdioden-Bauelements ist technisch aufwändig. Precise alignment of the optical fiber relative to the LED chip of the light-emitting diode device is technically complex. Zudem treten beim Einkoppeln in den Lichtleiter an der Einkoppelfläche Reflexionsverluste auf. Also occur when coupling into the light guide at the input surface reflection losses.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, die, verglichen mit herkömmlichen Leuchteinheiten, eine verbesserte Lichteinkopplung in den Lichtleiter ermöglicht und bei der eine genauere Justierung des Lichtleiters relativ zum Lumineszenzdiodenchip möglich ist. It is an object of the present invention to provide an illumination unit of the type mentioned, which, compared to conventional light units, an improved light coupling into the light guide allows and in a more precise adjustment of the optical fiber is possible relative to the LED chip. Es soll auch ein LCD-Display sowie ein Verfahren zum Herstellen der Beleuchtungseinheit angegeben werden. It should also be given an LCD display and a method for manufacturing the lighting unit.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Beleuchtungseinheit, einem LCD-Display sowie einem Verfahren gelöst, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben sind. This object is achieved with an illumination unit, an LCD display and a method, as specified in the independent patent claims. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen der Beleuchtungseinheit und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Advantageous embodiments and preferred developments of the illumination unit and of the method are subject of the dependent claims.
  • Erfindungsgemäß ist der Lumineszenzdiodenchip auf einem Chipträger montiert und von einem Teil des Lichtleiters umkapselt. According to the invention the LED chip is mounted on a chip carrier, and encapsulated by a part of the light guide. Somit werden Chipträger, Lumineszenzdiodenchip und zumindest der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde Teil des Lichtleiters als eine Einheit ausgebildet. Thus, chip carrier, LED chip and at least the LED chip umkapselnde the part of the light guide are formed as a unit.
  • Dadurch, dass der Lichtleiter nicht relativ zu einem Lumineszenzdioden-Bauelement justiert werden muss, sondern um den Lumineszenzdiodenchip herum geformt ist, ist eine genauere Ausrichtung von Lichtleiter und Lumineszenzdiodenchip zueinander möglich. Characterized in that the optical fiber does not have to be adjusted relative to a light-emitting diode device, but is formed around the LED chip around, a more accurate alignment of the light guide and LED chip to each other is possible. Zudem können dadurch Reflexionsverluste beim Einkoppeln von Licht in den Lichtleiter signifikant verringert werden. Furthermore, can thereby be significantly reduced reflection losses when coupling light into the light guide.
  • Mit diesem Ansatz kann darüber hinaus auf ein zusätzliches Gehäusematerial für den Lumineszenzdiodenchip sowie auf eine etwaige zusätzliche Halterung für den Lichtleiter mit Vorteil verzichtet werden. With this approach, moreover, can be dispensed with an additional casing material for the luminescence diode chip, as well as to possible additional support for the light guide with advantage. Durch die Integrierung des Lumineszenzdiodenchip in den Lichtleiter lassen sich vorteilhafterweise besonders flache Beleuchtungseinheiten realisieren, was insbesondere bei einer Verwendung für LCD-Displays angestrebt wird. By integrating the LED chip into the light guide particularly flat lighting units can be realized advantageously, which is desirable in particular when used for LCD displays.
  • Unter einem Lichtleiter sind im Rahmen der vorliegenden Anmeldung dielektrische Lichtleiter zu verstehen, in deren dielektrischem Körper das Licht durch Ausnutzung von Totalreflexion an Außenflächen des Körpers geleitet wird. Under a light guides are to be understood dielectric light guide in the context of the present application, the light is guided by utilizing total reflection at the outer surfaces of the body in the dielectric body.
  • Der Lichtleiter ist mit Vorteil aus mehreren separaten Teilen, bevorzugt aus zwei separaten Teilen zusammengefügt. The light guide is advantageously composed of several separate parts, preferably joined together from two separate parts. Es ist grundsätzlich auch möglich, den Lichtleiter aus einem einzigen homogenen elektrischen Körper zu bilden. It is also possible in principle to form the light guide from a single homogeneous electric body. Das Zusammenfügen des Lichtleiters aus mehreren separaten Teilen bietet jedoch Vorteile bei der Herstellung der Beleuchtungseinheit. However, the assembly of the optical fiber of several separate parts offers advantages in the production of the lighting unit. Der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde separate Teil kann mit Vorteil unabhängig von weiteren Teilen des Lichtleiters gesondert hergestellt werden. Of the LED chip umkapselnde separate part can be produced separately, independently of further parts of the light guide with advantage.
  • Der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde Teil des Lichtleiters weist mit Vorteil reflektierende Außenflächen des Lichtleiters auf. The umkapselnde the luminescence diode chip portion of the light guide has reflective outer surfaces of the light guide with advantage. Die separaten Teile des Lichtleiters sind bevorzugt derart beschaffen und derart zusammengefügt, dass reflektierende Außenflächen des Lichtleiters im Bereich von Kanten der separaten Teile aneinandergefügt sind. The separate parts of the light guide are preferably constructed and assembled such that reflective outer surfaces of the light guide are joined to one another in the region of edges of the separate parts.
  • Bevorzugt ist der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde separate Teil des Lichtleiters aus einem anderen Material gebildet als ein weiterer Teil des Lichtleiters. of the LED chip umkapselnde separate part of the light guide is preferably formed from a different material than another part of the light guide.
  • Mit Vorteil sind die separaten Teile des Lichtleiters mittels Klebstoff zusammengefügt. Advantageously, the separate parts of the light guide are joined together by means of adhesive. Es kann hierfür ein transparenter Klebstoff verwendet werden, dessen Brechungsindex zweckmäßigerweise an denjenigen der separaten Teile des Lichtleiters angepasst ist, sodass Brechungsindexsprünge im Strahlengang möglichst gering gehalten sind. It can be used for this purpose, a transparent adhesive whose refractive index is appropriately adapted to that of the separate parts of the optical fiber so that the refractive index jumps are kept to a minimum in the beam path.
  • Reflexionsverluste an Grenzflächen können dadurch weitgehend vermieden werden. Reflection losses at interfaces can thus be largely avoided. Alternativ ist es auch möglich, dass die separaten Teile des Lichtleiters mittels Zusammenstecken oder weitere geeignete Arten zusammengefügt sind. Alternatively, it is also possible that the separate parts of the light guide are joined together by means of mating or other suitable species.
  • Bevorzugt weist der Lichtleiter, insbesondere der den Lumineszenzdiodenchip umformende Teil des Lichtleiters, einen Duroplast auf. Preferably, the light guide, in particular the metal forming the LED chip part of the light guide, a thermoset on. Das Ausbilden eines Lichtleiters oder eines Teils des Lichtleiters mittels eines Duroplastes ist, verglichen mit der Verwendung eines Thermoplastes, relativ teuer. Forming a light guide or a part of the light guide by means of a duroplastic is, compared with the use of a thermoplast, relatively expensive. Andererseits ist es bei der Verwendung eines Thermoplastes technisch aufwändiger, den Lichtleiter um einen Lumineszenzdiodenchip herum oder an einen Lumineszenzdiodenchip zu formen. On the other hand, it is technically more difficult when using a thermoplast to form the optical fiber around a luminescence or a luminescence diode. Da sich dieser beim Erhärten zusammenzieht und sich dadurch verformen oder den Lumineszenzdiodenchip beschädigen kann. Since these contracts during hardening and thus deform or may damage the LED chip.
  • Zusätzlich oder alternativ zu einem Duroplast weist der Lichtleiter bevorzugt mindestens einen Thermoplast und/oder mindestens ein Silikon auf. Additionally or alternatively to a thermosetting resin, the light guide preferably includes at least one thermoplastic and / or at least one silicone. Besonders bevorzugt weist der Wellenleiter ein Mischmaterial mit zumindest einem Duroplast und zumindest einem Silikon auf. Particularly preferably, the fiber to a composite material having at least one thermosetting plastic and at least one silicone.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die separaten Teile des Lichtleiters Verbindungsflächen auf, über die sie miteinander verbunden sind. According to a further embodiment, the separate parts of the optical fiber have connecting surfaces, through which they are connected. Die Verbindungsflächen weisen mit Vorteil eine Justierstruktur auf, mittels der sie zueinander ausgerichtet sind. The connecting surfaces advantageously have an alignment structure, by means of which they are aligned. Die Justierstrukturen greifen beim Zusammenfügen der separaten Teile bevorzugt derart ineinander, dass die separaten Teile durch sie geführt und in einer vorgesehenen Weise zueinander ausgerichtet werden. The adjustment structures access during assembly of the separate parts into one another preferably such that the separate parts are guided through it and aligned in an intended manner to each other.
  • Eine Auskoppelfläche des den Lumineszenzdiodenchip umkapselnden separaten Teils weist mit besonderem Vorteil eine linsenförmige Wölbung oder linsenartige Struktur auf. An output surface of the LED chip encapsulates the discrete part includes a lens-shaped curvature or lens-like structure with particular advantage. Wird an diese Auskoppelfläche des Lichtleiters ein weiterer separater Teil des Lichtleiters angefügt, so weist dieser bevorzugt einen anderen Brechungsindex auf als der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde Teil. Is another separate part of the optical fiber attached to said coupling-out surface of the light guide, as this preferably has a different refractive index than the umkapselnde the luminescence diode chip part. Dadurch kann Licht im Lichtleiter nicht nur geleitet, sondern weitergehend auf eine vorteilhafte Weise beeinflusst werden. This allows not only guided in the light guide, but be further influenced in a favorable way light. Das Licht kann zum Beispiel kollimiert, fokussiert oder auch in eine andere Vorzugsrichtung umgelenkt werden. The light can be collimated, for example, focused or deflected in a different preferred direction.
  • Der Lichtleiter weist bevorzugt einen Kollimierabschnitt zum Verringern der Divergenz von eingekoppeltem Licht auf. The light guide preferably has a collimating for reducing the divergence of the coupled light. Dieser Kollimierabschnitt ist zweckmäßigerweise an der dem Lumineszenzdiodenchip zugewandten Seite des Lichtleiters angeordnet. This collimating is expediently arranged on the side facing the LED chip side of the light guide. Mit einem derartigen Kollimierabschnitt kann das vom Lumineszenzdiodenchip emittierte Licht bereits in großer Nähe zu diesem kollimiert werden, wodurch niederdivergente Lichtbündel mit hoher Leuchtdichte realisierbar sind. With such a collimating the light emitted from the LED chip light can be collimated already in close proximity to this, which reflected divergent beam of light with high luminance can be realized.
  • Der Kollimierabschnitt weist mit Vorteil eine in Lichtführungsrichtung größer werdende Querschnittsfläche auf, wobei sich die Querschnittsfläche jeweils senkrecht zur optischen Achse des Lichtleiters oder des Kollimierabschnittes erstreckt. The collimating advantageously has a widening in the light guide direction cross-sectional area, wherein the cross-sectional area extends in each case perpendicularly to the optical axis of the fiber or Kollimierabschnittes.
  • Zusätzlich oder alternativ ist der Kollimierabschnitt in der Art eines nicht abbildenden optischen Konzentrators ausgebildet, der, verglichen mit einer üblichen Verwendung eines Konzentrators, für eine Durchstrahlung in umgekehrter Richtung vorgesehen ist. Additionally or alternatively, the collimating in the manner of a nonimaging optical concentrator is formed which, compared with a customary use of a concentrator, is provided for by radiation in the reverse direction. Durch die Verwendung eines derart ausgebildeten Kollimierabschnittes kann die Divergenz des von dem Lumineszenzdiodenchip emittierten Lichts mit Vorteil auf effiziente Weise verringert werden. By using a thus formed Kollimierabschnittes the divergence of the light emitted by the LED chip light can advantageously be reduced in an efficient manner.
  • Besonders bevorzugt ist der Kollimierabschnitt in der Art eines CPCs, CECs oder CHCs ausgebildet. More preferably, the collimating in the manner of a CPC, CEC or CHC is formed. Unter diesen Abkürzungen sind hierbei sowie im Folgenden Konzentratoren gemeint, deren reflektierende Seitenwände zumindest teilweise und/oder zumindest weitgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators (Compound Parabolic Concentrator, CPC), eines zusammengesetzten elektrischen Konzentrators (Compound Elliptic Concentrator, CEC) und/oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (Compound Hyperbolic Concentrator, CHC) aufweist. Under these abbreviations and here are meant hereinafter concentrators having a reflective side walls at least partially and / or at least substantially the shape of a compound parabolic concentrator (Compound Parabolic Concentrator, CPC), a composite electric concentrator (Compound Elliptic Concentrator, CEC) and / or compound hyperbolic concentrator (compound hyperbolic concentrator, CHC) has.
  • Alternativ weist der Kollimierabschnitt mit Vorteil Außenflächen auf, auf denen direkte Verbindungslinien vom Anfang zum Ende des Kollimierabschnittes im Wesentlichen gerade verlaufen. Alternatively, the collimating advantageously outer surfaces on which to run straight direct connection lines from the beginning to the end of the Kollimierabschnittes essentially. Besonders bevorzugt ist der Kollimierabschnitt dabei in der Art eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes ausgebildet, wobei der Pyramidenstumpf nicht nur ein viereckiger, sondern auch ein drei-, fünf- oder mehreckiger Pyramidenstumpf sein kann. Particularly preferably, the collimating is designed in the manner of a truncated cone or a truncated pyramid, the truncated pyramid may be not only a square, but also a three-, five- or polygonal truncated pyramid.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinheit sind in dem Kollimierabschnitt zwei Verbindungsflächen separater Teile des Lichtleiters angeordnet. According to another preferred embodiment of the illumination unit has two connecting surfaces of separate parts of the light guide are arranged in the collimating. Es ist vorteilhaft, den separaten Teil des Lichtleiters, der den Lumineszenzdiodenchip umkapselt, so kurz wie möglich zu halten. It is advantageous to separate part of the light guide, which encapsulates the LED chip to keep as short as possible. Wenn dieser beispielsweise mittels Spritzpressen oder Spritzgießen hergestellt wird, so kann dadurch die Zahl der gleichzeitig herstellbaren umkapselten Lumineszenzdiodenchips signifikant erhöht und Produktionskosten gespart werden. If this is for instance produced by means of molding or injection molding, as a result, the number of the simultaneously produced encapsulated LED chips can be increased significantly and production costs.
  • Im Kollimierabschnitt des Lichtleiters ist in dessen Inneren mit Vorteil ein Umlenkelement ausgebildet, mittels dem Licht in Richtung von Außenflächen des Lichtleiters umgelenkt wird. The collimating of the light guide, a deflecting element is formed in the interior thereof with advantage, is deflected by the light in the direction of outer surfaces of the light guide. Durch ein derartiges Umlenkelement kann ein eingekoppelter Lichtkegel aufgeweitet werden, um beispielsweise einen Lichtleiter, dessen Querschnitt erheblich größer ist als eine Lichtabstrahlfläche des Lumineszenzdiodenchips, möglichst homogen auszuleuchten. By such deflection, a coupled-in light beam can be expanded, for example, a light guide whose cross-section is significantly larger, as homogeneously as possible to illuminate as a light-emitting surface of the LED chip.
  • Der Chipträger weist in einer zweckmäßigen Ausführungsform einen Leiterrahmen auf. The chip carrier has a lead frame in an expedient embodiment. Er kann insbesondere auch aus einem Leiterrahmen bestehen. It can also consist of a lead frame in particular. Bevorzugt ist der Lumineszenzdiodenchip derart auf dem Chipträger montiert, dass seine Hauptabstrahlrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Leiterrahmens verläuft. Preferably, the LED chip is mounted on the chip carrier that its main radiation direction is substantially parallel to a main extension plane of the leadframe.
  • Der Lumineszenzdiodenchip ist mit besonderem Vorteil an einer Stirnfläche des Leiterrahmens aufgebracht. The LED chip is applied to particular advantage on an end surface of the lead frame. Durch diese Maßnahme kann die Beleuchtungseinheit besonders dünn ausgebildet werden. By this measure, the lighting unit can be designed to be particularly thin.
  • Besonders bevorzugt ist die Beleuchtungseinheit für die Hinterleuchtung eines LCD-Displays geeignet. Particularly preferably, the lighting unit for backlighting an LCD display is suitable. Mit einer derart ausgebildeten Beleuchtungseinheit für LCD-Displays kann eine besonders effiziente Hinterleuchtung von Displays erreicht werden. With such trained lighting unit for LCD displays an especially efficient backlighting of displays can be achieved.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips, die gemeinsam von einem separaten Teil des Lichtleiters umkapselt sind. According to another particularly preferred embodiment, the illumination unit comprises a plurality of LED chips that are encapsulated together by a separate part of the light guide. Alternativ weist die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips sowie eine Mehrzahl von die Lumineszenzdiodenchips umkapselnden Teilen des Lichtleiters auf. Alternatively, the illumination unit comprises a plurality of LED chips and a plurality of the LED chips encapsulates parts of the light guide.
  • Die Beleuchtungseinheit weist insbesondere einen einzigen Lichtleiter auf, sie kann jedoch auch eine Mehrzahl von Lichtleitern umfassen. in particular, the illumination unit comprises a single optical fiber, but it may also comprise a plurality of light conductors.
  • Es wird ein LCD-Display angegeben, das eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit aufweist. There is provided an LCD display that has a lighting unit of the invention.
  • Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinheit angegeben. It is further indicated for producing a lighting unit to a method. Bei einem Verfahrensschritt des Verfahrens werden ein Chipträger und mindestens ein Lumineszenzdiodenchip bereitgestellt. In a method step of the method, a chip carrier and at least one LED chip can be provided. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Lumineszenzdiodenchip auf dem Chipträger montiert. In a further method step the luminescence diode chip is mounted on the chip carrier. Das Verfahren umfasst zudem ein Ausbilden von zumindest eines Teils eines Lichtleiters durch Umkapseln des Lumineszenzdiodenchips mit einer transparenten Masse. The method further includes forming at least a portion of a light guide by encapsulating the LED chip with a transparent mass.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest ein weiterer Teil des Lichtleiters an den den Lumineszenzdiodenchip umkapselnden Teil angefügt. According to a particularly preferred embodiment of the method, at least a further part of the light guide is applied to the LED chip encapsulates the part added in a further process step. Das Anfügen des weiteren Teils des Lichtleiters erfolgt bevorzugt mittels Kleben. The addition of the further portion of the optical fiber is preferably done by means of gluing.
  • Bevorzugt werden bei dem Verfahren eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips im Wesentlichen gleichzeitig mit der transparenten Masse umkapselt. a plurality of LED chips are preferably substantially encapsulated simultaneously with the transparent mass in the process. Die Lumineszenzdiodenchips werden entweder auf einem gemeinsamen Chipträger oder auf zwei oder mehr separaten Chipträgern montiert. The LED chips are mounted either on a common chip carrier or on two or more separate chip carriers. Die Montage des Lumineszenzdiodenchips umfasst sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Montage des Lumineszenzdiodenchips. The mounting of the LED chip includes both a mechanical and an electrical installation of the LED chip.
  • Das Umkapseln des Lumineszenzdiodenchips erfolgt besonders bevorzugt mittels Spritzpressen oder Spritzgießen. The encapsulating the LED chip is particularly preferably by means of molding or injection molding.
  • Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Beleuchtungseinheit, des LCD-Displays und des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungseinheit ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Further advantages, preferred embodiments and further developments of the illumination unit of the LCD display and the method for manufacturing a lighting unit are apparent from the below in conjunction with the 1 1 bis to 8 8th erläuterten Ausführungsbeispielen. embodiments explained. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a first embodiment of the illumination unit,
  • 2 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a second embodiment of the illumination unit,
  • 3 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a third embodiment of the illumination unit,
  • 4 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the illumination unit,
  • 5 5 eine schematische Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a fifth embodiment of the illumination unit,
  • 6 6 eine schematische Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, is a schematic sectional view of a sixth embodiment of the illumination unit,
  • 7 7 eine schematische Schnittansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit, und is a schematic sectional view of a seventh embodiment of the lighting unit, and
  • 8 8th eine schematische Schnittansicht eines achten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinheit. is a schematic sectional view of an eighth embodiment of the illumination unit.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the embodiments and figures, identical or identically acting elements are provided with the same reference numerals. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. The illustrated components and the proportions of the components with each other should not be regarded as true to scale. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt. Rather, some details of the figures for better understanding are exaggerated.
  • Die in den In the 1 1 bis to 8 8th dargestellten Beleuchtungseinheiten weisen allesamt einen Chipträger Lighting units shown all have a chip carrier 1 1 auf. on. Dieser umfasst beispielsweise einen Leiterrahmen, auf dem mindestens ein Lumineszenzdiodenchip This comprises for example a lead frame on which at least one LED chip 2 2 montiert ist. is mounted. Elektrische Anschlussflächen des Lumineszenzdiodenchips Electrical connection pads of the LED chip 2 2 sind elektrisch leitend mit dem Leiterrahmen verbunden. are electrically conductively connected to the lead frame.
  • Der Lumineszenzdiodenchip the LED chip 2 2 ist beispielsweise auf einer Stirnfläche des Leiterrahmens angeordnet, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Leiterrahmens erstreckt. is for example arranged on an end face of the lead frame, which extends substantially perpendicular to a main plane of the lead frame. Damit der Lumineszenzdiodenchip auf der Stirnfläche des Leiterrahmens Platz findet, weist der Leiterrahmen zB eine Dicke von größer als oder gleich 0,3 mm, bevorzugt von größer als oder gleich 0,5 mm auf. Thus, the LED chip fits on the end face of the lead frame, the lead frame, for example, a thickness of greater than or equal to 0.3 mm, preferably greater than or equal to 0.5 mm. Der Lumineszenzdiodenchip the LED chip 2 2 ist derart montiert, dass seine Hauptabstrahlrichtung im Wesentlichen oder vollständig parallel zur Haupterstreckungsebene des Leiterrahmens ist. is mounted so that its main emission direction substantially or completely parallel to the main plane of the lead frame.
  • Bei dem in In the in 8 8th dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lumineszenzdiodenchips mit einer von ihrer Abstrahlrichtung abgewandten Fläche auf Stirnflächen eines Leiterrahmens Embodiment shown, the LED chip with a side facing away from its direction of emission surface to end surfaces of a lead frame 11 11 des Trägers of the carrier 1 1 montiert. assembled. Auf einer dem Leiterrahmen abgewandten Auskoppelfläche weisen die Lumineszenzdiodenchips Decoupling surface facing away from a lead frame have the LED chips 2 2 elektrische Kontaktbereiche auf, die mittels eines Bonddrahtes elektrisch leitend mit elektrischen Anschlussleitern des Leiterrahmens electrical contact areas on the electrically conductive means of a bonding wire with electrical connection conductors of the lead frame 11 11 verbunden sind. are connected.
  • Der Lumineszenzdiodenchip ist besonders bevorzugt ein Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip. The LED chip is particularly preferably a thin-film LED chip. Ein Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus: A thin-film LED chip is distinguished in particular by the following characteristic features:
    • – An einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; - At one to a support member facing toward the first major surface of a radiation-generating epitaxial layer sequence, a reflective layer is applied or formed, which reflects at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence back into the latter;
    • – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; - the epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, more preferably in the range of 10 .mu.m; und and
    • – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Epitaxieschichtenfolge führt, das heißt sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf. - the epitaxial layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one area having an intermixing structure which ideally leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial layer sequence, that is, it has a possible ergodically stochastic scattering behavior.
  • Als Trägerelement kann beispielsweise auch der Chipträger selbst dienen, dh die Epitaxieschichtenfolge kann direkt auf dem Chipträger aufgebracht sein. As a carrier element and the chip carrier itself can serve, for example, that the epitaxial layer may be applied directly to the chip carrier.
  • Die Epitaxieschichtenfolge ist bevorzugt vollständig oder teilweise frei von einem Aufwachssubstrat. The epitaxial layer sequence is preferably completely or partially free of a growth substrate. Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. A basic principle of a thin-film LED chips, for example in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Phys. Lett. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. , 18 Oct. 1993, 63 (16) 2174-2176, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • Die Epitaxieschichtenfolge basiert beispielsweise auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien und ist geeignet, eine elektromagnetische Strahlung aus dem blauen und/oder ultravioletten Spektrum zu emittieren. The epitaxial layer sequence, for example based on nitride compound semiconductor materials, and is suitable for emitting an electromagnetic radiation from the blue and / or ultraviolet spectrum. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie Materialien aus dem System In x Al y Ga 1-xy N mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Die Epitaxieschichtenfolge weist zB mindestens eine Halbleiterschicht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf. Nitride compound semiconductor materials are compound semiconductor materials containing nitrogen, such as materials from the system In x Al y Ga 1-xy N, where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1. The epitaxial layer sequence has, for example, at least one semiconductor layer of a nitride compound semiconductor material.
  • In der Epitaxieschichtenfolge kann beispielsweise ein herkömmlicher pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) enthalten sein. In the epitaxial layer sequence, a conventional pn-junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW) structure or a multiple quantum well structure (MQW structure) may for example be contained. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Such structures are known in the art and will not be explained therefore at this point. Beispiele für solche MQW-Strukturen sind in den Druckschriften Examples of such MQW structures are described in the documents US 5,831,277 US 5,831,277 und and US 5,684,309 US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. the disclosure content of which is hereby incorporated by reference describes.
  • Der Lumineszenzdiodenchip ist zB mit einem Lumineszenzkonversionsmaterial versehen, der mindestens einen Leuchtstoff aufweist. The luminescence diode chip, for example, is provided with a luminescence conversion material, comprising at least one phosphor. Der Leuchtstoff ist durch die von dem Lumineszenzdiodenchip emittierte elektromagnetische Primärstrahlung anregbar und emittiert eine Sekundärstrahlung, wobei die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen. The phosphor is excited by the light emitted by the LED chip electromagnetic primary radiation and emits a secondary radiation, wherein the primary radiation and the secondary radiation have different wavelengths. Ein gewünschter resultierender Farbort des Bauelements kann beispielsweise durch ein Einstellen eines Mischungs verhältnisses der Primärstrahlung und Sekundärstrahlung eingestellt werden. A desired resulting color point of the component can be adjusted, for example by setting a mix of primary and secondary radiation ratio. Das Einstellen erfolgt zB über die Menge des Leuchtstoffes, die verwendet wird. The adjustment is carried out, for example, on the amount used of the phosphor.
  • Grundsätzlich eignen sich alle für die Anwendung bei LEDs bekannten Leuchtstoffe für die Verwendung im Lumineszenzkonversionsmaterial. In principle, all for use in LEDs known phosphors for use in luminescence. Beispiele für derartige als Konverter geeignete Leuchtstoffe und Leuchtstoffmischungen sind: Examples of such suitable as converters phosphors and phosphor mixtures are:
    • – Chlorosilikate, wie beispielsweise in - chlorosilicates, such as in DE 10036940 DE 10036940 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart, and the process described therein prior art discloses,
    • – Orthosilikate, Sulfide, Thiometalle und Vanadate wie beispielsweise in WO 2000/33390 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart, - orthosilicates, sulfides, thiometals and vanadates, such as in WO 2000/33390 and the process described therein prior art discloses,
    • – Aluminate, Oxide, Halophosphate, wie beispielsweise in - aluminates, oxides, Halophosphates, such as in US 6,616,862 US 6,616,862 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart, and the process described therein prior art discloses,
    • – Nitride, Sione und Sialone wie beispielsweise in - nitrides, sions and sialones such as in DE 10147040 DE 10147040 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart, und and the process described therein prior art discloses, and
    • – Granate der Seltenen Erden wie YAG:Ce und der Erdalkalielemente wie beispielsweise in US 2004-062699 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart. discloses Ce and the alkaline earth elements such as for example in US 2004-062699 and the process described therein prior art: rare-earth garnets like YAG -.
  • Bei den Ausführungsbeispielen weist die Beleuchtungseinheit einen Lichtleiter In the embodiments, the lighting unit comprises a light guide 3 3 auf, der unmittelbar mit dem Lumineszenzdiodenchip on, directly linked to the LED chip 2 2 oder mit auf dem Lumineszenzdiodenchip or on the LED chip 2 2 aufgebrachtem Material verbunden ist. applied material is connected. Es kann dadurch eine optimale Einkopplung des von dem Lumineszenzdiodenchips It can therefore an optimum coupling of the LED chips from the 2 2 emittierten Lichtes in den Lichtleiter emitted light into the light guide 3 3 erzielt werden. be achieved.
  • Der Lichtleiter The light guide 3 3 ist zum Beispiel aus mehreren separaten Teilen is, for example, from several separate parts 4 4 , . 5 5 zusammengefügt, siehe together, see 1 1 bis to 7 7 . , Er umfasst ein erstes Teil It comprises a first part 4 4 , das den Lumineszenzdiodenchip That the LED chip 2 2 umkapselt. encapsulated. Bevorzugt ist der Lumineszenzdiodenchip Preferably, the LED chip is 2 2 von dem ersten Teil from the first part 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 vollständig eingekapselt. completely encapsulated. Somit schützt der Lichtleiter Thus, the light guide protects 3 3 den Lumineszenzdiodenchip the LED chip 2 2 gleichzeitig auch vor äußeren Einflüssen. at the same time also against external influences. Ein separates Gehäuse oder ein etwaiges zusätzliches Gehäusematerial ist nicht erforderlich. A separate housing or a possible additional housing material is not required.
  • Das Ausbilden der ersten Teile The forming of the first portions 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 und das Einkapseln des Lumineszenzdiodenchips and encapsulating the LED chips 2 2 erfolgt mittels eines Spritzverfahrens, beispielsweise mittels Spritzpressen. by means of a spraying method, for example by molding. Als Material wird zum Beispiel ein transparenter Kunststoff verwendet, was bevorzugt ein Duroplast wie zum Beispiel ein geeignetes Epoxydharz ist. As the material, for example a transparent plastic is used, which is preferably a thermosetting material such as a suitable epoxy resin. Der Träger the carrier 1 1 mit dem darauf montierten Lumineszenzdiodenchip with the LED chip mounted on it 2 2 in eine geeignete Spritzpressform eingelegt und der Lumineszenzdiodenchip sowie ein Teil des Trägers inserted into a suitable injection mold, and the LED chip and a part of the carrier 1 1 mittels Spritzpressen umformt. transforms means of transfer molding. Dadurch wird der erste Teil Thereby, the first part 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 an den Träger und dem Lumineszenzdiodenchip to the support and the LED chip 2 2 angeformt. formed. Bevorzugt sind auf dem Träger mehrere Lumineszenzdiodenchips beispielsweise in einer Zeile montiert. Preferably a plurality of LED chips are mounted, for example in a row on the carrier.
  • Es kann auf diese Weise auch der gesamte Lichtleiter It can in this way, the entire light guide 3 3 in einem Verfahrensschritt hergestellt werden. be produced in one process step. Bevorzugt ist jedoch, einen weiteren Teil des Lichtleiters Preferably, however, a further portion of the optical fiber 3 3 separat herzustellen und beispielsweise mittels Kleben mit dem ersten Teil prepare separately, for example by means of gluing to the first part 4 4 zusammenzufügen. put together. Der weitere Teil The other part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 kann somit beispielsweise aus einem anderen Material und auch mittels eines anderen Verfahrens hergestellt werden als der erste Teil Thus, for example, can be made of another material and also by a method other than the first part 4 4 , der den Lumineszenzdiodenchip umkapselt. Which encapsulates the LED chip.
  • Der weitere Teil The other part 5 5 wird beispielsweise aus einem Thermoplast hergestellt. For example, made of a thermoplastic. Geeignete Materialien sind beispielsweise PMMI, PMMA, Polycarbonat oder Polysulfon. Suitable materials are, for example, PMMI, PMMA, polycarbonate or polysulfone. Die Herstellung kann zum Beispiel mittels Spritzgießen erfolgen. The preparation can be done, for example by injection molding. Alternative Materialien für die Teile des Lichtleiters sind Silikone oder Mischmaterialien. Alternative materials for the parts of the light guide are silicones or mixed materials.
  • Als Mischmaterialien kommen beispielsweise Silikonmodifizierte Epoxydharze in Frage, die bei Einwirkung von ultraviolettem Licht weniger stark altern als herkömmliche Epoxydharze, im Übrigen jedoch im Wesentlichen die positiven physikalischen Eigenschaften herkömmlicher Epoxydharze aufweisen. As the mixing materials, for example, silicone-modified epoxy resins come into question, the less aging when exposed to ultraviolet light than conventional epoxy resins, however, have substantially the positive physical properties of conventional epoxy resins, moreover. Es ist auch möglich, mindestens ein Epoxydharz und mindestens ein Silikon miteinander zu mischen. It is also possible to mix at least one epoxy resin and at least one silicone together. Beispiele für derartige geeignete Mischmaterialien sind beispielsweise in der US 2002/0192477 A1 oder in der US 2005/0129957 A1 angegeben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Examples of such suitable mixing materials are given 2005/0129957 A1, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference, for example, in US 2002/0192477 A1 or in US. Durch die Mischung verschiedener Materialien lässt sich auch gezielt ein Brechungsindex des Mischmaterials einstellen, sodass die Brechungsindizes unterschiedlicher Materialien aufeinander abgestimmt werden können oder gezielt Brechungsindexsprünge zwischen verschiedenen Teilen des Lichtleiters Due to the mixture of different materials, a refractive index of the mixed material can also be specifically set so that the refractive indices of different materials can be coordinated with each other or targeted refractive index jumps between different parts of the light guide 3 3 realisiert werden können. can be realized.
  • Geeignete Klebstoffe zum Zusammenfügen separater Teile des Lichtleiters Suitable adhesives for joining separate parts of the light guide 3 3 sind beispielsweise Klebstoffe, die auf Epoxydharz und/oder Silikon basieren. are, for example adhesives based on epoxy resin and / or silicone. Vor dem Zusammenfügen werden Verbindungsflächen der Teile Before joining joint surfaces of the parts 4 4 , . 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 oberflächenbehandelt, insbesondere aufgeraut, um eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung zu gewährleisten und um einer Delamination und der Bildung von Luftspalten zwischen den Teilen des Lichtleiters vorzubeugen. surface-treated, in particular roughened to ensure a reliable and permanent connection and to delamination and the formation of air gaps between the parts of the light guide to prevent.
  • Bei den in den In the in the 1 1 bis to 7 7 dargestellten Ausführungsbeispielen werden der erste Teil Embodiments shown, the first part 4 4 und der weitere Teil and the other part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 über die Auskoppelfläche on the output surface 7 7 des ersten Teils of the first part 4 4 und die Einkoppelfläche and the coupling surface 8 8th des zweiten Teils of the second part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 miteinander verbunden, das heißt die Auskoppelfläche connected to each other, i.e., the outcoupling 7 7 und die Einkoppelfläche and the coupling surface 8 8th dienen als Verbindungsflächen. serve as connecting surfaces. Diese Flächen weisen bevorzugt Justierstrukturen auf, mittels denen die Teile These surfaces preferably have alignment patterns, by means of which the parts 4 4 , . 5 5 zueinander ausgerichtet sind, siehe are aligned with each other, see 1 1 bis to 4 4 . ,
  • Bei dem in In the in 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Auskoppelfläche Embodiment shown, the coupling- 7 7 des ersten Teils of the first part 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 einen eckigen Vorsprung als Justierstruktur auf, der in eine entsprechende eckige Ausnehmung des zweiten Teils a squared edge as alignment structure to, in a corresponding angular recess of the second part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 greift, sodass die beiden separaten Teile engages, so that the two separate parts 4 4 , . 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 zueinander ausgerichtet sind. are aligned with each other.
  • Bei dem in In the in 2 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Auskoppelfläche Embodiment shown have the coupling- 7 7 und die Einkoppelfläche and the coupling surface 8 8th der separaten Teile the separate parts 4 4 , . 5 5 eine Stufe auf. a step on. Sie sind derart ausgebildet, dass sie passgenau ineinander greifen. They are designed such that they engage fit into each other. Die Verbindungsflächen weisen Teilflächen auf, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse der Beleuchtungseinheit erstrecken. The connecting surfaces have partial surfaces which extend substantially perpendicular to an optical axis of the lighting unit. Eine weitere Teilfläche der jeweiligen Verbindungsflächen erstreckt sich im Bereich der Stufe im Wesentlichen parallel zur optischen Achse der Beleuchtungseinheit. Another sub-area of ​​the respective connecting surfaces extending in the region of the step is substantially parallel to the optical axis of the lighting unit. Alternativ könnte diese Fläche jedoch auch schräg zur optischen Achse der Beleuchtungseinheit oder des Lichtleiters verlaufen. Alternatively, however, this surface may also extend obliquely to the optical axis of the lighting unit, or the light guide.
  • Bei dem in In the in 3 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Justierstrukturen der Verbindungsflächen konvexe und konkave Krümmungen. Embodiment shown include the alignment patterns of the bonding surfaces convex and concave curvatures. Sie sind wiederum derart ausgebildet, dass die beiden separaten Teile des Lichtleiters They in turn are formed such that the two separate parts of the light guide 3 3 passgenau ineinander greifen. grab fit into each other.
  • Auch das in Also in 4 4 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst Krümmungen an den Verbindungsflächen. Embodiment shown comprises curvatures at the connection surfaces. Die Auskoppelfläche the output surface 7 7 des ersten Teiles of the first part 4 4 weist in der Mitte eine konvexe Krümmung in der Art einer Kondensorlinse auf. has a convex curvature in the manner of a condenser lens in the middle. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Teil In this embodiment, the second part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 aus einem Material gebildet, das einen geringeren Brechungsindex aufweist als das Material, aus dem der erste Teil formed of a material having a lower refractive index than the material from which the first part 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 gebildet ist. is formed. Somit wirkt die Krümmung der Auskoppelfläche Thus acts the curvature of the output surface 7 7 des ersten Teiles of the first part 4 4 wie eine Kondensorlinse im Inneren des Lichtleiters as a condenser in the interior of the light guide 3 3 . ,
  • Der Klebstoff The adhesive 6 6 zwischen den separaten Teilen between the separate parts 4 4 , . 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 weist einen Brechungsindex auf, der gleich demjenigen des ersten Teiles has a refractive index equal to that of the first part 4 4 oder gleich demjenigen des ersten Teiles or equal to that of the first part 5 5 ist oder einen Wert aufweist, der zwischen den Brechungsindizes des ersten Teiles is or has a value between the refractive indices of the first part 4 4 und des zweiten Teiles and the second part 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 liegt. lies.
  • Bei den in den In the in the 1 1 bis to 7 7 dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Lichtleiter Embodiments illustrated, the light guide 3 3 Kollimierabschnitte Kollimierabschnitte 9 9 auf. on. Diese verringern die Divergenz des von den Lumineszenzdiodenchips These reduce the divergence of the LED chip 2 2 erzeugten und in den Lichtleiter and generated in the optical fiber 3 3 eingekoppelten Lichtes. the input light. Die Kollimierabschnitte the Kollimierabschnitte 9 9 weisen alle eine in Lichtführungsrichtung größer werdende Querschnittsfläche auf, wobei die Querschnittsfläche senkrecht zur optischen Achse der Beleuchtungseinheit gemessen wird. all have a widening in the light guide direction cross-sectional area, wherein the cross-sectional area measured perpendicular to the optical axis of the lighting unit.
  • Die Kollimierabschnitte the Kollimierabschnitte 9 9 sind beispielsweise in der Art eines nicht abbildenden optischen Konzentrators ausgebildet. for example, are formed in the manner of a non-imaging optical concentrator. Der Abschnitt, der in Lichtführungsrichtung dem Kollimierabschnitt The portion in the light guide direction of the collimating 9 9 folgt, weist beispielsweise einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. follows, for example, has a substantially constant cross-section. Allgemein weist der Lichtleiter zB mindestens einen Abschnitt auf, in dem sich die Haupterstreckungsebenen von zwei einander gegenüberliegenden Außenflächen des Lichtleiters parallel zueinander erstrecken. Generally, the light guide, for example, at least one portion in which extend the main planes of extension of two opposite outer surfaces of the light guide parallel to each other.
  • Bei dem in In the in 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kollimierabschnitt Embodiment illustrated, the collimating 9 9 des Lichtleiters die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes auf. of the light guide, the shape of a truncated cone or a truncated pyramid.
  • Bei dem in den In which the 2 2 bis to 4 4 sowie 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kollimierabschnitte and 6 embodiment have the Kollimierabschnitte 9 9 Außenflächen auf, die im Schnitt entlang der Lichtführungsrichtung konvex gekrümmt sind. Outer surfaces which are convexly curved along the light guide direction in section. Diese Kollimierabschnitte this Kollimierabschnitte 9 9 sind zum Beispiel in der Art eines CPCs ausgebildet. are formed, for example, in the manner of a CPC. Durch diese Form kann eine besonders effektive Verringerung der Divergenz des in den Lichtleiter This form may be a particularly effective reduction of the divergence of the light guide 3 3 eingekoppelten Lichtes erzielt und das Licht kollimiert werden. achieved the coupled light and the light can be collimated.
  • Bei dem in In the in 5 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kollimierabschnitt Embodiment illustrated, the collimating 9 9 konkav gekrümmte Außenflächen auf (gesehen im Schnitt entlang der Lichtführungsrichtung, wie in concave curved outer surfaces seen on (along the light guide direction in the section, as in 5 5 dargestellt). shown). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Kollimierabschnitt In this embodiment, the collimating 9 9 ein Umlenkelement a deflection element 41 41 ausgebildet, mittels dem elektromagnetische Strahlung vom Inneren des Lichtleiters formed by means of the electromagnetic radiation from inside the light guide 3 3 zu dessen Außenflächen umgelenkt wird. is deflected to its outer surfaces. Das Licht wird insbesondere zu den konkav gekrümmten Außenflächen des Kollimierbereiches The light is in particular to the concave curved outer surfaces of the Kollimierbereiches 9 9 umgelenkt. diverted. Durch die Reflexionen an dem Umlenkelement By the reflections on the deflecting 41 41 und an den konkav gekrümmten Außenflächen des Kollimierbereiches and the concave curved outer surfaces of the Kollimierbereiches 9 9 wird das Licht kollimiert und homogen über den gesamten Querschnitt des Lichtleiters is collimated light and homogeneously over the entire cross section of the light guide 3 3 verteilt. distributed.
  • Das Licht wird an dem Umlenkelement The light is on the deflecting element 41 41 beispielsweise mittels Totalreflexion reflektiert, das heißt das Umlenkelement weist ein Medium mit signifikant geringerem Brechungsindex auf als der übrige Kollimierabschnitt reflects, for example by means of total reflection, that is, the deflection element comprises a medium having refractive index significantly lower than the rest of collimating 9 9 . , Eine derartige Ausbildung des Umlenkelementes Such a design of the deflecting element 41 41 bewirkt auch, das Licht, dessen Einfallswinkel geringer ist als der kritische Winkel der Totalreflexion, teilweise durch das Umlenkelement also causes the light whose angle of incidence is less than the critical angle of total reflection, in part, by the deflecting element 41 41 transmittiert wird. is transmitted.
  • Das Umlenkelement the deflection element 41 41 kann beispielsweise einen Hohlraum innerhalb des Lichtleiters umfassen oder aus einem solchen Hohlraum bestehen. may for example comprise a cavity within the light guide or consist of such a cavity. Zum Verbessern der optischen Eigenschaften können Innenwände des Hohlraumes teilweise oder vollständig mit einer Beschichtung versehen sein. For improving the optical characteristics of the inner walls of the cavity may be provided partially or completely with a coating. Die Form des Hohlraumes ist derart gewählt, dass eine gewünschte Umlenkeigenschaft erzielt wird. The shape of the cavity is such that a desired Umlenkeigenschaft is achieved so selected. In In 5 5 ist beispielhaft der Weg zweier Lichtstrahlen innerhalb des Lichtleiters by way of example, the path of two light rays within the light guide 3 3 durch Pfeile angedeutet. indicated by arrows. Bei dem in In the in 5 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Hohlkörper des Umlenkelementes auf der dem Lumineszenzdiodenchip zugewandten Seite eine konvexe Krümmung auf, was durch eine entsprechend gekrümmte Linie angedeutet ist. Embodiment shown, the hollow body of the deflection element on the side facing the LED chip site in a convex curvature, which is indicated by a correspondingly curved line.
  • Bei den in den In the in the 3 3 , . 4 4 und and 6 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind in dem Kollimierabschnitt Embodiments shown are in the collimating 9 9 zwei Verbindungsflächen two connecting surfaces 7 7 , . 8 8th separater Teile separate parts 4 4 , . 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 angeordnet. arranged. Mit anderen Worten ist der Kollimierabschnitt In other words, the collimating 9 9 nicht vollständig in einem einzigen separaten Teil des Lichtleiters angeordnet, sondern er erstreckt sich über zwei separate Teile. not completely arranged in one single separate part of the light guide, but it extends over two separate parts.
  • Dadurch, dass die Länge L (siehe Characterized in that the length L (see 3 3 ) des den Lumineszenzdiodenchip ) Of the LED chip 2 2 umkapselnden Teils encapsulates part 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 möglichst kurz gehalten wird, kann eine kostenoptimierte Herstellung der Beleuchtungseinheit erzielt werden. is kept as short as possible a cost-effective production of the lighting unit can be achieved. Dies liegt darin begründet, dass für unterschiedliche separate Teile unterschiedliche Materialien sowie unterschiedliche Herstellungsverfahren verwendet werden können. This is due to the fact that different materials and different production methods can be used for different separate parts. Während für das Umkapseln des Lumineszenzdiodenchips in der Regel aufwändigere Herstellungsverfahren und teuere Materialien erforderlich sind, kann für die Herstellung weiterer Teile des Lichtleiters While more elaborate manufacturing processes and expensive materials are necessary for encapsulating the LED chip as a rule, can be used for the production of further parts of the light guide 3 3 auf günstigere Materialien sowie günstigere Herstellungsverfahren zurückgegriffen werden. be made of cheaper materials and cheaper manufacturing process. Zudem ist es technisch einfacher, nur einen möglichst kleinen Teil unmittelbar an den Träger und dem Lumineszenzdiodenchip In addition, it is technically easier, only a small part as possible directly to the carrier and the LED chip 2 2 zu formen, anstatt einen größeren Teil des Lichtleiters to shape, rather than a larger part of the light guide 3 3 oder den gesamten Lichtleiter or the entire light guide 3 3 unmittelbar an dem Träger directly to the support 1 1 und dem Lumineszenzdiodenchip and the LED chip 2 2 zu formen. to form.
  • Bei den in den In the in the 6 6 , . 7 7 und and 8 8th dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips Embodiments shown, the illumination unit comprises a plurality of LED chips 2 2 auf. on. Diese sind bei dem in These are in the in 6 6 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem gemeinsamen Chipträger Embodiment shown on a common chip carrier 1 1 mechanisch und elektrisch montiert. mounted mechanically and electrically. Sie können jedoch auch auf unterschiedlichen Chipträgern However, you can also go to different chip carriers 1 1 montiert sein, wie das bei den in den be mounted, such as on the 7 7 und and 8 8th dargestellten Ausführungsbeispielen der Fall ist. is the case illustrated embodiments.
  • Die in den In the 6 6 bis to 8 8th dargestellten Beleuchtungseinheiten sind für die Hinterleuchtung eines LCD-Displays geeignet. Lighting units shown are suitable for backlighting an LCD display. Die in In the 6 6 dargestellte Beleuchtungseinheit weist eine Mehrzahl separater Teile Lighting unit shown comprises a plurality of separate parts 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 auf, mittels denen jeweils ein einziger Lumineszenzdiodenchip , by means of which in each case a single LED chip 2 2 umkapselt ist. is encapsulated. Alternativ können in diesem Beispiel auch jeweils mehrere Lumineszenzdiodenchips durch einen der separaten ersten Teile Alternatively, each of a plurality of LED chips, in this example by a separate first parts 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 umkapselt sein. be encapsulated. Die Mehrzahl von ersten separaten Teilen The plurality of first separate parts 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 ist zum Beispiel mit einem einzigen weiteren Teil is, for example, in one further portion 5 5 des Lichtleiters the light guide 3 3 verbunden. connected. Dieser weitere Teil ist beispielsweise im wesentlichen plattenförmig ausgebildet. This additional part is plate-shaped for example substantially.
  • Bei dem in In the in 7 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips Embodiment illustrated, the illumination unit comprises a plurality of LED chips 2 2 auf, die durch einen einzigen ersten Teil on the first part by a single 4 4 des Lichtleiters the light guide 3 3 umkapselt sind. are encapsulated. Dies ist zum Beispiel auch bei dem in This is, for example, in which, in 8 8th dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall. Embodiment, the case shown.
  • Bei den Beleuchtungseinheiten für LCD-Displays werden bare Chips zu einem Array montiert, wobei der Array zum Beispiel bis zu 50 Lumineszenzdiodenchips umfassen kann. In the case of lighting units for LCD displays bare chips are mounted in an array, the array may for example comprise up to 50 LED chips. Beleuchtungseinheiten mit etwa 20 bis 50 Chips könnten zum Beispiel bei Monitoren eingesetzt werden, während bei LCD-Displays für Mobilphon-Anwendungen beispielsweise 1 bis 6 Lumineszenzdiodenchips verwendet werden. Lighting units with about 20 to 50 chips could be used for example in monitors, while used in LCD displays for Mobilphon applications, for example, 1 to 6 LED chips. Alle Lumineszenzdiodenchips werden bevorzugt gleichzeitig durch einen oder durch mehrere Lichtleiter All LED chips are preferably simultaneously by one or more optical fibers 3 3 umkapselt, was bevorzugt durch die Verwendung eines Spritzverfahrens und einer geeigneten Spritzform erfolgt. encapsulated, which is preferably carried out by using a spraying method and a suitable injection mold.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. The invention is not limited by the description of the invention based on the embodiments in this. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie die Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder nur diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Rather, the invention encompasses any new feature and also the combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or has this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims (25)

  1. Beleuchtungseinheit mit einem auf einem Chipträger montierten Lumineszenzdiodenchip und einem Lichtleiter, wobei der Lichtleiter aus mindestens zwei separaten Teilen zusammengefügt ist und der Lumineszenzdiodenchip von einem der Teile des Lichtleiters umkapselt ist. Lighting unit with a mounted on a chip carrier LED chip and a light guide, wherein the light guide is joined together from at least two separate parts and the LED chip of one of the parts of the optical waveguide is encapsulated.
  2. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die separaten Teile des Lichtleiters mittels Klebstoff zusammengefügt sind. Lighting unit according to claim 1, wherein the separate parts of the light guide are joined together by means of adhesive.
  3. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde separate Teil des Lichtleiters aus einem anderen Material gebildet ist als ein weiterer Teil des Lichtleiters. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein the LED chip umkapselnde the separate part of the light guide is formed of a different material than another part of the light guide.
  4. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde separate Teil des Lichtleiters einen Duroplast, ein Silikon oder ein Mischmaterial mit mindestens einem Duroplast und mindestens einem Silikon aufweist. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein the LED chip umkapselnde the separate part of the light guide has a thermosetting plastic, a silicone, or a mixed material comprising at least a thermosetting resin and at least one silicone.
  5. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 4, wobei der den Lumineszenzdiodenchip umkapselnde separate Teil des Lichtleiters ein Mischmaterial mit mindestens einem Epoxidharz und mindestens einem Silikon aufweist. Lighting unit according to claim 4, wherein the LED chip umkapselnde the separate part of the light guide comprises a mixed material comprising at least one epoxy resin and at least one silicone.
  6. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verbindungsflächen der separaten Teile des Lichtleiters, über die diese miteinander verbunden sind, eine Justierstruktur aufweisen, mittels der sie zueinander ausgerichtet sind. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein joining surfaces of the separate parts of the light guide, via which they are connected to each other, have a alignment pattern, by means of which they are aligned.
  7. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Auskoppelfläche des den Lumineszenzdiodenchip umkapselnden separaten Teils eine linsenförmige Wölbung oder linsenartige Strukturen aufweist. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein an output surface of the LED chip encapsulates the discrete part having a lens-shaped curvature or lens-like structures.
  8. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter einen Kollimierabschnitt zum Verringern der Divergenz eingekoppelten Lichtes aufweist. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein the light guide comprises a collimating for reducing the divergence of the input light.
  9. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 8, wobei der Kollimierabschnitt eine in Lichtführungsrichtung größer werdende Querschnittsfläche aufweist. Lighting unit according to claim 8, wherein the collimating comprises a widening in the light guide direction cross-sectional area.
  10. Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Kollimierabschnitt in der Art eines nichtabbildenden optischen Konzentrators ausgebildet ist, der, verglichen mit einer üblichen Verwendung eines Konzentrators, für eine Durchstrahlung in umgekehrter Richtung vorgesehen ist. Lighting unit according to one of claims 8 and 9, wherein the collimating is formed in the manner of a nonimaging optical concentrator which, compared with a customary use of a concentrator, is provided for by radiation in the reverse direction.
  11. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 10, wobei der Kollimierabschnitt in der Art eines CPCs, CECs oder CHCs ausgebildet ist. Lighting unit according to claim 10, wherein the collimating is designed in the manner of a CPC, CEC or CHC.
  12. Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Kollimierabschnitt in der Art eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes ausgebildet ist. Lighting unit according to one of claims 8 to 10, wherein the collimating is formed in the manner of a truncated cone or a truncated pyramid.
  13. Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei in dem Kollimierabschnitt zwei Verbindungsflächen separater Teile des Lichtleiters angeordnet sind. Lighting unit to any of claims 8 to 12, wherein two connecting surfaces of separate parts of the light guide are arranged in accordance with the collimating.
  14. Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei im Kollimierabschnitt ein Umlenkelement angeordnet ist, mittels dem Licht im Inneren des Lichtleiters in Richtung von dessen Außenflächen umgelenkt wird. Lighting unit is deflected by the light inside the light guide in the direction of its outer surfaces in accordance with one of claims 8 to 13, wherein a deflection element is arranged in the collimating.
  15. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chipträger einen Leiterrahmen aufweist. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein the chip carrier has a lead frame.
  16. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 15, wobei der Lumineszenzdiodenchip derart auf dem Chipträger montiert ist, dass seine Hauptabstrahlrichtung im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Leiterrahmens verläuft. Lighting unit according to claim 15, wherein the LED chip is mounted on the chip carrier that its main direction of radiation runs parallel to the main plane of the lead frame substantially.
  17. Beleuchtungseinheit gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Lumineszenzdiodenchip auf einer Stirnseite eines elektrischen Leiters des Leiterrahmens montiert ist. Lighting unit according to claim 15 or 16, wherein the LED chip is mounted on a front end of an electrical conductor of the lead frame.
  18. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinheit für die Hinterleuchtung eines LCD-Displays geeignet ist. Lighting unit according to one of the preceding claims, wherein the illumination unit is suitable for backlighting an LCD display.
  19. Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips aufweist, die gemeinsam von einem separaten Teil des Lichtleiters umkapselt sind. Lighting unit according to one of the preceding claims, comprising a plurality of LED chips that are encapsulated together by a separate part of the light guide.
  20. Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, die eine Mehrzahl von Lumineszenzdiodenchips und eine Mehrzahl von die Lumineszenzdiodenchips umkapselnden Teilen des Lichtleiters aufweist. Lighting unit according to one of claims 1 to 18, comprising a plurality of LED chips and a plurality of the LED chips encapsulates parts of the light guide.
  21. LCD-Display, das eine Beleuchtungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 aufweist. LCD display, which has a lighting unit according to any one of claims 1 to twentieth
  22. Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinheit mit den Schritten: Bereitstellen eines Chipträgers und eines Lumineszenzdiodenchips, Montieren des Lumineszenzdiodenchips auf dem Chipträger, und Ausbilden von zumindest eines Teils eines Lichtleiters durch Umkapseln des Lumineszenzdiodenchips mit einer transparenten Masse. A method of manufacturing a lighting unit comprising the steps of: providing a chip carrier and an LED chip, mounting the LED chip on the chip carrier, and forming at least a portion of a light guide by encapsulating the LED chip with a transparent mass.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem zumindest ein weiterer Teil des Lichtleiters an den den Lumineszenzdiodenchip umkapselnden Teil angefügt wird. The method of claim 22, wherein the at least one further part of the light guide is applied to the LED chip encapsulates the part added.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der weitere Teil des Lichtleiters mittels Kleben angefügt wird. The method of claim 23, wherein the further portion of the light guide is attached by means of gluing.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Umkapseln des Lumineszenzdiodenchips Spritzpressen oder Spritzgießen umfasst. Process according to one of claims 22 to 24, wherein the encapsulating the LED chip comprises molding or injection molding.
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